淺析電氣設備絕緣測試輔助工具研制與研究

袁貴軍 高福

摘要：絕緣就是使用不導電的物質將帶電體隔離或包裹起來，以對觸電起保護作用的一種安全措施。運行維護人員測量線路、設備絕緣，是為了防止出現其相間絕緣擊穿造成短路和對地絕緣擊線路、設備接地等故障，所以，掌握電氣設備正確測量絕緣的方法是運行維護人員的基本技能。正常及故障測量線路、設備絕緣電阻，是準確掌握線路、設備健康運行水平的重要環節。本文以電氣設備絕緣測試輔助工具研制為課題進行研究，詳細闡述了整個研發過程。

關鍵詞：電器設備;絕緣測試;輔助工具;研制

1.電氣設備絕緣測試輔助工具研發需求概述

在電氣設備絕緣測試過程中往往會出現一些問題。例如：絕緣測試時要有接地線、屏蔽線、接被測設備線、放電棒、驗電器、放電棒接地線等導致線路混亂。現場使用時，接線經常出現纏繞打結，整理過程中繁瑣。每次絕緣測試結束都將其被測設備充分放電、驗電后方可操作，所用放電、驗電設備、測試引線混亂。因此，研發新型的電氣設備絕緣測試輔助工具有實際意義。

2.現有絕緣測量過程出現的問題

當前絕緣測量過程還存在以下6個短板：

1、測量時間長，工作效率不高。

2、搖表、絕緣電阻測試儀引線纏繞，造成測量數據不準確，且攜帶不方便。

3、容易誤碰帶電設備，引起設備短路，造成人身傷害。

4、部分測量場所需單獨有人負責照明，浪費人力。

5、絕緣測試完要對被測設備充分放電，放電過程使用絕緣棒。

6、在測試設備絕緣前要將其驗電。

2.1配電設備絕緣電阻測試用時

為了更準確的進行數據統計，通過對現場配電變壓器、避雷器、絕緣測試，得到測量絕緣測試平均需要24分鐘。

運行中的配電設備根據測試周期，對班組內的變壓器絕緣電阻、避雷器的絕緣電阻、分接箱、電纜設備的絕緣電阻以及箱變的絕緣電阻測試用時進行統計。

通過統計分析絕緣測試變壓器28臺，避雷器絕緣電阻測試21組，高壓分接箱絕緣測試8臺，電纜絕緣測試11條，箱變絕緣電阻測試10臺，共計測試75臺次，總用時1813分鐘，平均每臺耗時24.00分鐘，耗時較長。

2.2單臺配電設備絕緣電阻測試各步驟用時統計

絕緣電阻測量5項簡化步驟：

1、整理好搖表線與放電棒接地線，將被測設備充分放電后，進行驗電，連接搖表與被測設備。

2、分別測量三相対地絕緣電阻并做好記錄，換相操作需重新接線3次。

3、對被測設備放電，重新接線1次。

4、對被測設備驗電，連接搖表與被測設備。

5、分別測量三相相間絕緣電阻并做好記錄，換相操作需重新接線3次。

6、再對被測設備放電，重新接線1次。

7、驗電后將搖表線全部拆下，絕緣電阻測試完畢，整理搖表線及放電棒接地線。

對單臺配電設備進行絕緣電阻測試各步驟用時進行了統計。

通過測量流程圖及各步驟用時統計表可以看到，在測試絕緣過程中每一步均需對搖表線及放電棒線進行整理與更換接線位置，線夾在沈北三相之間頻繁更換，浪費時間，尤其對被測設備放電、整理、拆除回收搖表線與接地棒線耗時20分鐘占總用時的83.3%，耗時較長，降低了工作效率。需求：集驗、放電、測試線一體的組合工具。

通過測試分析只要解決了放電棒線、搖表線整理回收與頻繁使用放電、驗電操作問題，就能提高設備絕緣電阻測試的工作效率。《一種拉閘驗電二合一組合工具》中工具是將拉閘桿與驗電器進行改造，將驗電器核心安裝在拉閘桿的頂端，實現了在拉合開關時同步驗電，簡化了拉開開關后再登桿驗電步驟，拉閘驗電用時為4.5分鐘，并且在領取安全工器具時可不用攜帶驗電器，現場操作試驗工作效率提高原來的50%。《放電、電阻測試線

組合的應用與分析》中將測試線多種組合分別測試電阻與放電，拆卸方便快速，測試、放電與拆裝時間為3.5分鐘。通過對借鑒到的兩項成果進行分析，可使被測設備驗放電、整理、拆除回收搖表線與接地棒線步驟耗時降至到8分鐘，大致可縮短絕緣電阻測試時間12分鐘，這就需要我們研制一種集絕緣桿、驗電功能，搖表線、放電棒線于一體拆裝快速、便捷的絕緣測試輔助工具，來滿足現場絕緣測試的需求。

3.電氣設備絕緣測試輔助工具研發方案

3.1方案分析

通過分析，認為研制的多功能絕緣電阻輔助測試工具應具備以下功能：

1.便攜功能：多功能絕緣電阻輔助工具應方便攜帶，方便測量。

2.驗電功能：在靠近帶電設備時可以提前預警，絕緣測量時可具備驗電功能。

3.放電功能：絕緣電阻測試前后，可對被測設備放電，無需另接放電棒。

4.照明功能：裝置照明亮度應達到清楚的看到被測設備接線方式的目的。

5.接線便捷功能：搖表、被測設備接線時方便，縮短使用線夾接線的時間。

3.2提出方案

通過借鑒《一種拉閘驗電二合一組合工具》將驗電器內芯安裝在拉閘桿前端頭上，實現多功能拉閘驗電組合替代了驗電器絕緣棒，以及《放電、電阻測試線組合的應用與分析》中的電阻測試輔助技術點、創新思路及工作原理，提出了“基于多功能電氣設備絕緣電阻測試組合工具的研制”的總體方案

3.2.1絕緣桿的選擇分析：

3.2.1.1絕緣桿材質選擇分析

根據塑料材質、木質材質、玻璃纖維材質三種絕緣材料的價格、機械強度、防老化性能、重量、絕緣性能進行分析比較：

塑料材質，絕緣性能較好，但重量偏重，機械強度差，價格也相對較高，不適合本次研發，因此不采用。

木質材質，雖然價格比較低廉、重量也輕，機械強度也能滿足要求，但容易受潮，降低絕緣性能，不適用于本次研發，因此不采用。

玻璃纖維材質，重量輕，機械強度滿足要求，價格適中，絕緣性能好，不易受環境影響。因此采用。

3.2.1.2絕緣桿結構選擇分析

根據短絕緣桿、伸縮式絕緣桿、分體式絕緣桿三種絕緣桿結構的性能、現場工作需求、便攜性以及價格進行分析比較：

短絕緣桿，短絕緣桿雖然方便攜帶、不需要連接，但對現場使用不靈活，不適合本次課題研發，因此不采用。

伸縮式絕緣桿，連接方便，可伸縮，適合不同測試現場，方便攜帶，價格低廉，適合課題需求，因此采用。

分體式絕緣桿，不方便攜帶，現場連接耗費時間，價格較高，不適合本次研發，因此不采用。

3.2.2絕緣桿端頭選擇分析

3.2.2.1絕緣桿端頭材質選擇

對絕緣桿端頭的選擇，分別對鋁合金、銅、鋁、鐵材質的價格、重量、導電性及韌性進行分析比較：

鋁合金材質，重量輕，電阻率高，導電性能差，不適合本次研發需要。

因此不采用。

銅材質，比重較高，但電阻率低，導電性能好，耐磨，絕緣桿前端要有放電功能，適合本次研發，因此采用。

鋁材質，電阻率相對適中，重量輕，但較脆，容易斷，不適合本次研發需要，因此不采用。

鐵，雖然價格便宜，但電阻率太高，不適合本次研發，因此不采用。

3.2.2.2絕緣桿端頭形狀選擇

將圓形、半開口圓形、圓錐形三種形狀的對測試設備接觸情況進行試驗分析：

圓形，圓形操作人員用力頂著試驗設備，易滑落，因此不采用。

半開口圓形，操作隨時人員需用力向后拉，接觸面不實，因此不采用。

圓錐形，圓錐形，測量時與被測設備直接接觸，不產生縫隙，不滑動，因此采用。

3.2.3燈光選擇分析

LED發光二極管、發光燈帶、貼片式LED三種發光元件通過性能測試，進行選擇分析：

LED發光二極管，價格便宜，體積小，容易安裝。對電壓要求高可以采用。

發光燈帶，可方便根據需要隨時增加燈帶長度，價格較貴，容易脫落，不采用。

貼片LED燈，亮度較強，發熱量高，耗電量大，不采用。

3.2.4驗電報警功能選擇分析

對驗電報警功能的接觸式報警、非接觸式報警、風車式報警三種報警驗電器進行測試選擇分析：

接觸式報警，使用環境要求低，電氣隔離復雜，直接與帶電設備接觸，不采用。

費接觸式報警，使用方便，容易實現物理隔離，報警距離調試困難。

風車式報警，報警方式直觀，強烈振動或受沖擊容易損壞，不采用。

3.2.5測試線夾選擇分析

對鱷魚式線夾、香蕉拔插式線夾兩種測試線夾，通過接觸程度、操作性、安全性、價格等方面進行選擇分析：

鱷魚式線夾，雖然操作簡單，但易脫落，接觸面小，不適合此次課題研發，因此不采用。

香蕉拔插式線夾，接觸面大，操作簡單，不易脫落，價格便宜，適合此次課題研發，因此采用。

4.電氣設備絕緣測試輔助工具研發對策

針對確定出的最佳方案，按照“5W1H”的原則制訂了相應的對策表，并按對策進行實施。

4.1制作玻璃纖維材質的伸縮式絕緣桿

制作玻璃纖維內伸縮每節長度15cm共6節，每節外徑前端小于后端，每節前端內徑略小于另一節后端外徑。

4.2制作銅制圓錐形絕緣桿端頭

購置直徑1.0cm的銅棒。車床加工成圓錐形，底部加工成6#內紋，用于固定在絕緣桿上。距尾端1.5cm處鉆直徑0.3cm的橫孔。

4.3制作LED發光二極管回路

照明角度可調節，將其安裝在驗電器上，電源取驗電器內置電源。燈珠電源在2.4-3V使用雙燈珠。

4.4制作非接觸式報警驗電裝置

報警回路設計制作，調整非接觸式報警靈敏度。

4.5制作香蕉拔插式線夾

將原有插頭進行改造，在插頭周圍支撐彈性網狀，拆入時使之牢固可靠。

4.6組裝、試驗、論證

在修試管理部門做工頻耐壓試驗，現場進行電氣設備絕緣電阻測試統計用時。

5.電氣設備絕緣測試輔助工具研發實施

5.1制作玻璃纖維材質的伸縮式絕緣桿

利用廢舊的便攜伸縮式驗電器絕緣桿，通過對每節長度及前后端內外徑進行改造加工制成每節長度14cm，共8節的絕緣伸縮桿。抽去了5根制作好的伸縮絕緣拉桿，并對其進行拉長與收縮試驗，試驗結果如下：

通過對絕緣桿伸縮進行試驗，結果表明伸縮絕緣桿拉長>90cm，收縮為14cm，實現了伸縮桿拉開后長度大于0.7米，收起后小于20cm的目標值。

5.2制作銅制圓錐形絕緣桿端頭

在購置直徑1.0cm的銅棒由車床師傅按圖紙加工絕緣桿端頭，端頭加

工成圓錐形，底部加工成6#內紋，用于固定在絕緣桿上，距尾端1.5cm處鉆直徑0.3cm的橫孔。加工完成后對5個端頭底部、橫孔進行試驗。

通過對絕緣桿端頭試驗測試，結果顯示底部加工的內6#螺紋旋進6#螺栓后牢固、穩定，橫孔插入3mm香蕉插頭緊密、無縫隙，目標已實現。

5.3制作LED發光二極管回路

照明回路設計、制作，照明角度可實現多角度調節。照明回路設計為左右雙燈“金魚眼”設計，安裝在可折疊驗電器端頭上，燈珠電源采用驗電器內置電源，夜間測量，當被測設備與絕緣桿垂直，不方便觀察被測設備的接線時，折疊接頭可實現0-900轉動，能實現多角度調節，保證測量人員觀察設備的可靠性，并省去單獨照明人員。

通過對照明的角度、照明的距離、發光時間進行測試，結果表明目標已實現。

5.4制作非接觸式報警驗電裝置

借助近電報警器的原理，加裝電磁場感應元件，利用同種電荷相互排斥，采用感應動作箔片，通過感應磁場使其動作，發出報警，進行改進。高福、曹志將改進好的非接觸驗電報警器利用高壓工頻發生器進行驗電試驗。通過對非接觸驗電報警器的測試，結果顯示0.4KV距離0.2m發出報警，10KV距離0.6-0.8米發出報警，無需接觸。保證了測試人員誤入帶電間隔，目標已實現。

5.5制作香蕉拔插式線夾

將原有插頭進行改造，將插頭周圍用彈性網狀包圍，拔出時網狀彈開，插入式網狀其填充作用，使其更緊密，牢固可靠。將制作好的香蕉插頭進行拔插試驗，每組進行10次拔插測試。

通過對香蕉插頭拔插力進行測試，結果顯示測試拔插力19.6N，接觸緊密，彈性網狀無縫隙，目標已達到。

5.6整體組裝

將所有部件進行組裝，效果良好。

6.電氣設備絕緣測試輔助工具研發效果檢查

6.1目標驗證

使用多功能絕緣電阻測試輔助工具，對單臺配電設備絕緣電阻測試用時進行統計。

經過測試統計，使用多功能絕緣測試輔助工具后單臺配電設備絕緣電阻測試時間為8分鐘。為了檢驗活動后絕緣測試時間的準確性，又對現場配電變壓器、避雷器、絕緣測試統計。

操作人員由原來的夜間3人（包括照明人員）測試，降低到2人測試，減少了1名輔助照明人員。

該輔助工具在昏暗的環境下能夠使測試人員清楚的看到被測設備的接觸點，方便測試。在接近帶電設備時提前預警，代替了驗電器，將測量時的危險降到最低，確保人身安全，放電時將搖表測線插入接地端線夾，節省了放電接地線的連接，縮短了測試時間。縮短后小于20cm，方便攜帶。

6.2效益分析

時間效益：使用多功能絕緣電阻測試輔助工具后，絕緣測試時間大幅度縮短，整個測試過程為9分鐘以內，節省了大量時間。

安全效益：輔助工具的非接觸驗電預警和照明以及放電功能，能夠有效保證測試人員的人身安全。安全生產使經濟效益的前提和保障，經濟效益是安全生產的必然結果，安全是潛在的效益，是一種不可估量的效益。

環保效益：通過廢舊驗電器及絕緣桿，實現了廢物再利用，減少了對環境的污染，避免了對資源的浪費。

結束語

目前國內電力行業沒有此類工具，該工具填補了這一空白，該工具的便攜性是一大亮點。功能方面，多功能絕緣電阻測試輔助工具將放電棒、放電棒接地線與搖表測試線合二為一、照明功能、非接觸驗電功能、絕緣桿伸縮便攜功能融合。性價比極高，易推廣。

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